CN107676872A - 一种单气流热回收节能型净化空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单气流热回收节能型净化空调机组，包括初效过滤段、三维板式换热器装置、一级表冷段、风机段、二级表冷段、加热段、加湿段、中效过滤段、送风段，增加了三维板式换热器装置，利用第一腔体和第二腔体、第三腔体和第四腔体分别作为新风和冷气的存储和缓冲，并把三维板式换热器的热通道和冷通道分别设计为一级表冷前新风和一级表冷后冷气途经通道，实现室外新风与经过一级表冷段处理后的空气进行冷交换，同时完成经过一级表冷段处理的空气与新风进行热交换，提高送风温度，增强除湿效果，达到三次节能效果。增加了二级表冷段，空调送风处理露点温度升高，辅助温升电功率下降，提高净化空调的工作效率，增强除湿效果、节约能源，降低运行成本。

Description

一种单气流热回收节能型净化空调机组

技术领域

本发明涉及实验室设备领域，具体为一种单气流热回收节能型净化空调机组。

背景技术

随着国家及世界建设水平的显著提高及日新月异的产品创新研究，食品安全、建材质量、环境保护、病理实验、毒理实验室、动物实验室、P2\P3等生物安全实验室等越来越多、规模也越来越大，全新风型净化空调越来越多，这些全新风空调都要做恒温恒湿控制，控制精度要求越来越高，室外新风经表冷器处理到露点状态（12.5），再从露点状态加热到送风状态，一冷一热，能耗非常大。

目前市场上最多是采用三维热管回收技术，发展水平相当落后，近年来我国生物安全实验室的发展非常迅速，由10多年前1套约30平方米全新风净化空调系统演变到现场的10多套上千平方米甚至更大规模的全新风洁净空调系统，传统的净化空调已无法满足现代化需求。

市场上气流热回收节能型空调机组多为双气流热回收，通常风机置放在工序后端，这种布局设计，风机工作时因震动产生的灰尘、颗粒等没有经过过滤净化处理，这些灰尘、颗粒等混在净化后的冷气中被带出去，从而对冷气的质量有一定的影响。

传统的三维板式换热器，换热器芯体并非采用纯铝质制作，使用寿命不理想，芯体片间隔由原来2mm，换热器的空气阻力较大。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供一种高效节能型、提高三维板式换热器使用寿命、冷气排放更加干净的单气流热回收净化空调机组。

本发明的技术方案是这样实现的：一种单气流热回收节能型净化空调机组，包括初效过滤段、三维板式换热器装置、一级表冷段、风机段、二级表冷段、加热段、加湿段、中效过滤段、送风段；所述风机段包括风机、风机段入风口及风机段出风口；所述三维板式换热器装置包括三维板式换热器、第一腔体、第二腔体、第三腔体以及第四腔体，所述三维板式换热器包括热通道、热通道入口、热通道出口、冷通道、冷通道入口及冷通道出口；所述第一腔体上方设有新风入口，所述第一腔体的入风口与新风入口连通，所述初效过滤段设置在第一腔体以及新风入口之间；所述第一腔体的出风口与三维板式换热器的热通道入口连通，所述三维板式换热器的热通道出口与第二腔体的入风口连通，所述第二腔体的出风口与一级表冷段的入风口连通，所述一级表冷段的出风口与风机段的入风口连通，所述风机段的出风口与第三腔体的入风口连通，所述第三腔体的出风口与三维板式换热器的冷通道入口连通，所述三维板式换热器的冷通道出口与第四腔体的入风口连通，所述第四腔体的出风口与二级表冷段的入风口连通，所述二级表冷段的出风口与加热段的入风口连通，所述加热段的出风口与加湿段的入风口连通，所述加湿段的出风口与中效过滤段的入风口连通，所述中效过滤段出风口与送风段入风口连通，所述送风段出风口往实验室或办公室送风；

工作时，启动风机，在风机的作用下，新风通过所述新风入口被抽入空调机组，新风经过所述初效过滤段进入第一腔体、接着依次通过热通道入口、热通道、热通道出口、第二腔体，一级表冷段、风机段、第三腔体、冷通道入口、冷通道、冷通道出口、第四腔体；接下来新风进入二级表冷段、达到露点状态后，进入电加热段加热升温、电加湿段、中效过滤段、送风段；此时实现室外新风与经过所述一级表冷段处理后的空气进行冷交换，达到一次节能效果，同时完成经过一级表冷段处理的空气与新风进行热交换，提高送风温度，增强除湿效果，达到第二次节能效果，由于除湿效果增加，又由于经三维板式热器装置提高送风温度，到达加热段的空气温度升高，增强除湿效果，二级表冷段负荷降低，空调送风处理露点升高，导致辅助温升电功率下降，达到第三次节能效果。

进一步地，所述净化空调机组还包括设置在风机段和第三腔体之间的匀流段，所述匀流段设置为箱腔式结构。

进一步地，所述第一腔体、第二腔体、第三腔体以及第四腔体围成一圈且中间设有容腔，所述三维板式换热器置于第一腔体、第二腔体、第三腔体以及第四腔体围成的容腔中间。

为方便现场安装和更换三维板式换热器，也便于根据需要调整各个腔体的长度，也可以是，所述第一腔体、第二腔体、第三腔体以及第四腔体成放射状且中间设有容腔，所述三维板式换热器置于第一腔体、第二腔体、第三腔体以及第四腔体围成的容腔中间。

进一步地，所述三维板式换热器的换热器芯体片采用纯铝质制作，芯体片间隔调整到4-6mm。与传统三维板式换热器相比，我们做了以下改进，换热器芯体采用纯铝质制作，使用寿命延长，芯体片间隔由原来2mm调整到5mm，换热器的空气阻力不到原来的一半。

进一步地，设有中央监控，对节能型净化空调的每个设备设施都实现集中智能控制，包括湿度控制、等静压变频控制、板式换热器效率调节控制，并预留有与楼宇自控系统并网接口及通用的通讯协议。

本发明由于增加了三维板式换热器装置，利用第一腔体和第二腔体、第三腔体和第四腔体分别作为新风和冷气的存储和缓冲，并把三维板式换热器的热通道和冷通道分别设计为一级表冷前新风和一级表冷后冷气途经通道，实现室外新风与经过一级表冷段处理后的空气进行冷交换，同时完成经过一级表冷段处理的空气与新风进行热交换，经三维板式热器装置提高送风温度，到达加热段的空气温度升高，增强除湿效果。新风通过三维板式换热器达到三次节能效果，对全新风机恒温恒湿净化空调进行单气流冷热回收，整体提高净化空调的工作效率，增强除湿效果、节约能源，降低运行成本。又由于增加了二级表冷段，表冷段负荷降低，空调送风处理露点温度升高，导致辅助温升电功率下降，达到节能效果、适用范围更广。风机设置在一级表冷段的后面，在最后还设有中效过滤段，对风机工作时因振动产生的灰尘、颗粒等再经过中效过滤净化处理，防止这些灰尘、颗粒等混在净化后的冷气中被带出去，大大地提高了冷气的干净度。换热器芯体采用纯铝质制作，使用寿命延长，芯体片间隔由原来2mm调整到4-6mm，换热器的空气阻力不到原来的一半，大大提高了换热效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是一实施例的大气压力100287pa下的湿空气焓湿图表。

具体实施方式

实施例一：如图1所示，包括初效过滤段1、三维板式换热器装置、一级表冷段2、风机段3、二级表冷段4、加热段5、加湿段6、中效过滤段7、送风段8；一级表冷段2包括一级表冷器21、一级表冷段入风口及一级表冷段出风口；风机段3包括风机31、风机段入风口及风机段出风口；二级表冷段4包括二级表冷器41、二级表冷段入风口及二级表冷段出风口；加热段5包括电加热器51、加热段入风口及加热段出风口；加湿段6包括电加湿器61、加湿段入风口及加湿段出风口；中效过滤段7包括中效过滤器71、中效过滤段入风口及中效过滤段出风口；三维板式换热器装置包括三维板式换热器10、第一腔体11、第二腔体12、第三腔体13以及第四腔体14，第一腔体11、第二腔体12、第三腔体13以及第四腔体14围成一圈且中间设有容腔，三维板式换热器10置于第一腔体11、第二腔体12、第三腔体13以及第四腔体14围成的容腔中间。三维板式换热器10包括热通道、热通道入口111、热通道出口122、冷通道、冷通道入口133及冷通道出口144；第一腔体11上方设有新风入口15，第一腔体11的入风口与新风入口15连通，初效过滤段1设置在第一腔体11以及新风入口15之间；第一腔体11的出风口与三维板式换热器10的热通道入口111连通，三维板式换热器10的热通道出口122与第二腔体12的入风口连通，第二腔体12的出风口与一级表冷段2的入风口连通，一级表冷段2的出风口与风机段3的入风口连通，风机段3的出风口与第三腔体13的入风口连通，第三腔体13的出风口与三维板式换热器10的冷通道入口133连通，三维板式换热器10的冷通道出口144与第四腔体14的入风口连通，第四腔体14的出风口与二级表冷段4的入风口连通，二级表冷段4的出风口与加热段5的入风口连通，加热段5的出风口与加湿段6的入风口连通，加湿段6的出风口与中效过滤段7的入风口连通，中效过滤段7出风口与送风段8入风口连通，送风段8出风口往实验室或办公室送风。

如图1、2所示，工作时，启动风机31，在风机31的作用下，新风通过所述新风入口15被抽入空调机组，新风经过所述初效过滤段1进入第一腔体11、接着依次通过热通道入口111、热通道、热通道出口122、第二腔体12，一级表冷段2、风机段3、第三腔体13、冷通道入口133、冷通道、冷通道出口144、第四腔体14；接下来新风进入二级表冷段4、达到露点状态后，进入电加热段5加热升温、电加湿段6、中效过滤段7、送风段8；此时实现室外新风与经过所述一级表冷段2处理后的空气进行冷交换，达到一次节能效果，同时完成经过一级表冷段2处理的空气与新风进行热交换，提高送风温度，增强除湿效果，达到第二次节能效果，由于除湿效果增加，又由于经三维板式热器装置提高送风温度，到达加热段5的空气温度升高，增强除湿效果，二级表冷段4负荷降低，空调送风处理露点升高，导致辅助温升电功率下降，达到第三次节能效果；通过三维板式换热器实现单气流热回收，第一阶段是室外新风与经过一级表冷处理后的空气进行冷交换，第二阶段是经过一级表冷处理的空气与新风进行热交换，整体提高净化空调的工作效率，增强除湿效果、节约能源，降低运行成本，这些热交换是通过三维板式换热器来完成，特别是这些热交换是一个动态的微积分过程，需要选择效率高、阻力小、体积小的板式换热器，最终得到高效的、低能耗的、低成本的标准化的节能型净化空调。

如图1所示，本发明净化空调机组还设有匀流段9，风机段3的出风口与匀流段9的入风口连通，匀流段9的出风口与第三腔体13的入风口连通，匀段为方形腔体或管形腔体起到将进入第三腔体13的新风匀流缓冲的作用。

辅助温升功率Pd设计：辅助温升阶段就是将空气由T5状态等湿加热到T（5-1）状态：HT5-1=39.6kj/kg，H(T5-1)=45.8kj/kg，Pd=(45.8-39.6)*1.2*1000/3600=2.1kw；

如图1、2所示，本发明二级表冷功率R2设计：二级表冷功能是将T4状态的空气处理到相应露点T5状态：HT4=59.1kj/kg，HT5-1=39.6kj/kg，R2=(59.1-39.6)*1.2*1000/3600=6.5kw；

板式换热器二次热交换功率设计：板式换热器二次热交换功能是将T3状态的空气处理到T4状态，此过程为等湿升温过程：HT3=50.9kj/kg，HT4=59.1kj/kg，B2=(59.1-50.9)*1.2*1000/3600=2.7 kw；

一级表冷功率R1设计：一级表冷功能是将T2状态的空气处理到相应露点T3状态：HT2=61.9kj/kg，HT3=50.9kj/kg，R2=(71.3-50.9)*1.2*1000/3600=6.8kw；

板式换热器一次热交换功率设计：板式换热器一次热交换功能是将T1状态的空气处理到T2状态，此过程为等湿降温过程：HT1=95.8kj/kg，HT2=71.3kj/kg，B1=(95.8-71.3)*1.2*1000/3600=8.1 kw；

净化空调送风机功率设计：三维板式换热器的终阻力为200Pa，以10000m3/h计算，电机功率会增加1.5kw；

综合所述，综合制冷系统COP取3.2，节能型净化空调总空调功率为：PZ={[(R1+R2)]/3.2+Pd+1.5}*10000/1000={[(6.8+6.5)]/3.2+2.1}*10+1.5=64.1kw；三维换热器功率设计：B1=(95.8-71.3)*1.2*1000/3600=8.16kw，B2=(59.1-50.9)*1.2*1000/3600=2.7 kw；

根据以上条件选择板式换热器的换热面积，根据空调机组的空间尺寸计算出换热器的体积，选用高效能量热回器。

以新风量10000m3/h为例，空调综合COP值3.2，采用单气流热回收节能型净化空调机组总耗电功率量：PZ={[(R1+R2)]/3.2+Pd}*10000/1000+1.5={[(6.8+6.5)]/3.2+2.1}*10+1.5=64.1kw；采用普通型净化空调总耗电功率量：PZ=[（95.8-33.3）*1200/3600/3.2+（42-33.3）*1200/3600]*10000/1000=95；动物实验室长年运行，每天运行时间：t=24小时，电费1.6元/kw.h，则每天节约能电量P5=（95-64.1）*24 *1.6=1186.6元，每年节能费用：1186.6*365=433109元；采用此等规模节能型净化空调比普通型设备及工程费用约增加20万元，理论上运行6个月时间就将设备成本回收，但实际上回收的效益随着全新型净化空调，特别是SPF级动物房规模的加大会有更显著的提升。

以上这些热交换是通过三维板式换热器来完成，特别是这些热交换是一个动态的微积分过程，需要选择效率高、阻力小、体积小的板式换热器，最终得到高效的、低能耗的、低成本的标准化的节能型净化空调，与传统三维板式换热器相比，我们做了以下改进，换热器芯体采用纯铝质制作，使用寿命延长，芯体片间隔由原来2mm调整到4-6mm，本发明优选实施例芯体片间隔由原来2mm调整到5mm，换热器的空气阻力不到原来的一半。

以上些数据为生物安全实验室行业的空调设计师提供了更加有利的节能产品及设计方向，这套节能型净化空调将成为生物安全实验室安全环保节能的重要帮手，希望能在这个领域推广应用，昌导实验室行业朝着更健康的方向前进。

本发明另一个实施施方式：第一腔体11、第二腔体12、第三腔体13以及第四腔体14成放射状且中间设有容腔，三维板式换热器10置于第一腔体11、第二腔体12、第三腔体13以及第四腔体14围成的容腔中间。这种结构灵活方便，方便现场安装和更换三维板式换热器，也容易调整各个腔体的长度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种单气流热回收节能型净化空调机组，其特征在于：包括初效过滤段（1）、三维板式换热器装置、一级表冷段（2）、风机段（3）、二级表冷段（4）、加热段（5）、加湿段（6）、中效过滤段（7）、送风段（8）；所述风机段（3）包括风机（31）、风机段入风口及风机段出风口；所述三维板式换热器装置包括三维板式换热器（10）、第一腔体（11）、第二腔体（12）、第三腔体（13）以及第四腔体（14），所述三维板式换热器（10）包括热通道、热通道入口（111）、热通道出口（122）、冷通道、冷通道入口（133）及冷通道出口（144）；所述第一腔体（11）上方设有新风入口（15），所述第一腔体（11）的入风口与新风入口（15）连通，所述初效过滤段（1）设置在第一腔体（11）以及新风入口（15）之间；所述第一腔体（11）的出风口与三维板式换热器（10）的热通道入口（111）连通，所述三维板式换热器（10）的热通道出口（122）与第二腔体（12）的入风口连通，所述第二腔体（12）的出风口与一级表冷段（2）的入风口连通，所述一级表冷段（2）的出风口与风机段（3）的入风口连通，所述风机段（3）的出风口与第三腔体（13）的入风口连通，所述第三腔体（13）的出风口与三维板式换热器（10）的冷通道入口（133）连通，所述三维板式换热器（10）的冷通道出口（144）与第四腔体（14）的入风口连通，所述第四腔体（14）的出风口与二级表冷段（4）的入风口连通，所述二级表冷段（4）的出风口与加热段（5）的入风口连通，所述加热段（5）的出风口与加湿段（6）的入风口连通，所述加湿段（6）的出风口与中效过滤段（7）的入风口连通，所述中效过滤段（7）出风口与送风段（8）入风口连通，所述送风段（8）出风口往实验室或办公室送风；

工作时，启动风机（31），在风机（31）的作用下，新风通过所述新风入口（15）被抽入空调机组，新风经过所述初效过滤段（1）进入第一腔体（11）、接着依次通过热通道入口（111）、热通道、热通道出口（122）、第二腔体（12），一级表冷段（2）、风机段（3）、第三腔体（13）、冷通道入口（133）、冷通道、冷通道出口（144）、第四腔体（14）；接下来新风进入二级表冷段（4）、达到露点状态后，进入电加热段（5）加热升温、电加湿段（6）、中效过滤段（7）、送风段（8）；此时实现室外新风与经过所述一级表冷段（2）处理后的空气进行冷交换，达到一次节能效果，同时完成经过一级表冷段（2）处理的空气与新风进行热交换，提高送风温度，增强除湿效果，达到第二次节能效果，由于除湿效果增加，又由于经三维板式热器装置提高送风温度，到达加热段（5）的空气温度升高，增强除湿效果，二级表冷段（4）负荷降低，空调送风处理露点升高，导致辅助温升电功率下降，达到第三次节能效果。

2.根据权利要求1所述的单气流热回收节能型净化空调机组，其特征在于：所述净化空调机组还包括设置在风机段（3）和第三腔体（13）之间的匀流段（9），所述匀流段（9）设置为箱腔式结构。

3.根据权利要求1所述的单气流热回收节能型净化空调机组，其特征在于：所述第一腔体（11）、第二腔体（12）、第三腔体（13）以及第四腔体（14）围成一圈且中间设有容腔，所述三维板式换热器（10）置于第一腔体（11）、第二腔体（12）、第三腔体（13）以及第四腔体（14）围成的容腔中间。

4.根据权利要求1所述的单气流热回收节能型净化空调机组，其特征在于：所述第一腔体（11）、第二腔体（12）、第三腔体（13）以及第四腔体（14）成放射状且中间设有容腔，所述三维板式换热器（10）置于第一腔体（11）、第二腔体（12）、第三腔体（13）以及第四腔体（14）围成的容腔中间。

5.根据权利要求1或3或4所述的单气流热回收节能型净化空调机组，其特征在于：所述三维板式换热器（10）的换热器芯体片采用纯铝质制作，芯体片间隔调整到4-6mm。

6.根据权利要求1所述的单气流热回收节能型净化空调机组，其特征在于：还包括中央监控，对节能型净化空调的每个设备设施都实现集中智能控制，包括湿度控制、等静压变频控制、板式换热器效率调节控制，并预留有与楼宇自控系统并网接口及通用的通讯协议。